Đáp án Vật lí 10 cánh diều Chủ đề 3 bài 2 Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

CHỦ ĐỀ 3 BÀI 2 BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

Câu 1: Trong xây dựng, để có công trình bên vững thi cần xây nên móng chắc chăn băng cách đóng những cọc bé tông đúc sẵn ngập sâu xuống nên đất Mỗi máy đóng cọc đều có bộ phận búa máy được nâng lên nhờ sức thuy lực. hơi nước hoặc động cơ điêzen. Khi đạt tới điểm cao nhất. búa máy sẽ được thả cho rơi xuống, va chạm mạnh vào cọc bề tông và làm nó lún xuống (hình 2.1). Như vậy. búa máy khi ở trên cao có dự trữ năng lượng (thế năng) để sinh công làm địch chuyến cọc. Động năng mà búa máy truyền sang cọc có liên hệ gì với khối lượng của búa máy và độ cao của nó trước khi thả rơi?

Trả lời:

Khối lượng của búa và độ cao trước khi thả rơi càng nặng và cao thì động năng mà búa máy truyền sang cọc càng lớn.

I. THẾ NĂNG VÀ ĐỘNG NĂNG

Câu 1: Tìm từ thích hợp với chỗ "?" trong suy luận dưới đây:

Thế năng của búa máy càng "?" thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng "?" cọc lún xuống càng sâu.

Trả lời:

Thế năng của búa máy càng lớn thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng lớn cọc lún xuống càng sâu

Câu 2: So sánh thế năng trong trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này.

Trả lời:

Thế năng trong trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này là bằng nhau.

Câu 3: Phan-xi-Păng là ngon núi cao nhất trongg ba nước Việt Nam, Lào, Campuchia, được mệnh danh là nóc nhà của Đông Dương. Lên đến đỉnh núi cao 3147m này là ước mơ của nhiều bạn trẻ. Tính thế năng của người leo níu có khối lượng 70kg khi leo lên đỉnh núi Phan-xi-Păng.

Trả lời:

Ta có W_t= mgz= 70.9,81. 3147= 2161044,9 (J)

Câu 4: Từ liên hệ (i), (ii), hãy suy luận để rút ra kết luận : động năng W_đ của vật cố giá trị bằng công A của lực tác dụng lên nó. 

Trả lời:

Theo công thức (i)      v² = 2as => a=v²/(2S)
Theo công thức (ii)   F=m.a
=> thế a từ (i) vào (ii) ta có F= m.v²/(2S)
Ta có công thức tính công : A= F.S
                                      => A = mv².S / (2S) = mv²/2 = W_đ

Câu 5: So sánh động năng của ô tô nặng 1000 kg chuyển động với tốc độ 4,0 m/s và động năng của xe máy nặng 100 kg chuyển động của tốc độ 15 m/s.

Trả lời:

Động năng của ô tô là: 

Động năng của xe máy là: 

=> Động năng của xe máy lớn hơn động năng của ô tô.

II. CƠ NĂNG

Câu 1: Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại ở dạng nào?

Trả lời:

Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại ở dạng năng lượng nhiệt và năng lượng âm thanh.

Câu 2: Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được được chuyển hóa từ dạng năng lượng nào?

Trả lời:

Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được được chuyển hóa từ dạng năng lượng cơ. 

Câu 3: Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng trong các trường hợp đơn giản. Trong các trường hợp này có sự hao phí năng lượng không? Bạn có thể sử dụng các trường hợp ở hình 2.4 hoặc tự đưa ra các tình huống khác.

Trả lời:

a, Khi xích đu đưa lên cao, toàn bộ động năng chuyển hóa thành thế năng còn khi xích đu dần đi xuống vị trí thấp nhất thì thế năng giảm, động năng tăng.

b, Người nhảy tự do trên thảm nhún, khi người nhảy lên vị trí cao nhất thì động năng bằng 0 và thế năng max, khi người đó rơi tự do xuống thì thế năng giảm, động năng tăng.

c, Khi thủ môn phát quả bóng tức là thủ môn đã truyền cho quả bóng 1 động năng rất lớn, quả bóng bay đi thì động năng giảm dần và thế năng tăng dần cho đến khi quả bóng ở độ cao lớn nhất. Sau đó quả bóng rơi xuống, động năng tăng, thế năng giảm.
Trong tất cả các trường hợp này đều xuất hiện sự hao phí năng lượng.

Câu 4: Cơ năng là gì?

Trả lời:

Cơ năng là khái niệm được dùng để chỉ khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh ra công càng lớn thì cơ năng của vật đó càng lớn.

Câu 5: Điều kiện để cơ năng của vật được bảo toàn là gì? 

Trả lời:

Trong trường hợp có thể bỏ qua được sự hao phí năng lượng, tức là ma sát rất nhỏ thì cơ năng của vật được bảo toàn.

Câu 6: Giải lại bài tập minh họa với m=10kg. Chứng minh rằng tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.

Trả lời:

Ở vị trí thấp nhất trên quỹ đạo thì động năng bằng với thế năng ỏ vị trí bắt đầu thả vật:
W_đ = Wt = mgh= 10.9,81.0,15= 14,715 (J)

=> W _đ = mv²/2 = 14,715
=>         10.v²/2 = 14,715
=>                v    = 1,72 (m/s)

Vậy tốc độ lớn nhất không phụ thuộc vào khối lượng của nó  

Câu 7: Nhảy cầu là một môn thể thao. Vận động viên nhảy lên đạt điểm cao nhất cách mặt nước 10m, rồi rơi xuống. Trong quá trình rơi, vận động viên thực hiện các động tác nhào lộn đẹp mắt trước khi chạm nước. Nước trong bể có vai trò như thế nào trong việc đảm bảo an toàn cho vận động viên?

Trả lời:

 Nước trong bể bơi có vài trò tạo sự ma sát, tạo 1 lực cản cho vận động viên trước khi rơi xuống đáy bể. Từ đó làm cho cơ năng của người đó giảm dần=> động năng giảm dần=> vận tốc giảm dần => Tránh sự cố va chạm mạnh với đáy bể gây bị thương.

Câu 8: Một em bé có khối lượng 20kg trượt từ đỉnh cầu trượt cao 2m. Khi tới chân cầu trượt, em bé có tốc độ là 4m/s. Cơ năng của em bé có được bảo toàn không? Tại sao?

Trả lời:

Cơ năng tại đỉnh cầu trượt chỉ có thê năng: W_c=W_t= mgz= 20.10.2 = 400 (J)

Cơ năng tại chân cầu trượt chỉ có động năng: W_c = W_đ =  mv²/2= 20.4²/2= 160 (J)

• Vậy cơ năng của em bé không được bảo toàn. 

III. SỰ BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG. HIỆU SUẤT

Câu 1: Lấy ví dụ về sự chuyển hóa năng lượng dự trữ thành năng lượng hoạt động trong cuộc sống và sản xuất nông nghiệp, công nghiệp. 

Trả lời:

Hầu hết các nhà máy và công xưởng đều hoạt động dựa vào năng lượng điện được truyền đến từ các nhà máy điện. Ở nhà máy nhiệt điện, than đá hoặc dầu mỏ bị đốt cháy giải phóng năng lượng dự trữ trong nhiên liệu tạo ra năng lượng nhiệt lớn làm sôi nước, luồng hơi áp suất cao phát ra làm quay tuabin máy phát điện, tạo ra năng lượng điện- dạng năng lượng có ích trong sản xuất điện. 

Câu 2: Máy tời đang hoạt động với công suất 1000 W đưa 100 kg vật liệu lên đều tới độ cao 16m trong 20s. Tính hiệu suất của máy tời.

Trả lời:

W có ích là:  W_c= 100.10.16= 16000 (J)
W cung cấp là: A= P.t= 1000.20=20000 (J)

Hiệu suất của máy tời là: H= 16000/20000.100% = 80%

Câu 3: Với mỗi động cơ ở bảng 2.1, chỉ ra các dạng năng lượng cung cấp, dạng năng lượng cố ích, dạng năng lượng hao phí tạo ra và biểu diễn dưới dạng lược đồ như hình 2.7.

Trả lời:

Động cơ điện:

Động cơ hơi nước: 

Câu 4: Chế tạo mô hình đơn giản và minh họa định luận bảo toàn năng lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng khác nhau.

Trả lời:

Chế tạo con lắc như hình 2.8
Chuẩn bị: 2 quả cầu thép giống hệt nhau, 2 sợi dây mảnh, 1 khung có đế vững chắc
Cách tiến hành: Buộc quả cầu bằng sợ dây mảnh sau đó treo lên khung thép như hình 2.8